空心钢管溷凝土的研究及构件计算

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1、第卷第期土木二程学报!∀∀咤年#月空心钢管混凝土的研究及构件计算’张素梅钟善桐∃哈尔滨建筑工程学院%,【提奥!本文介绍了采用有限元法所得到的钢管混凝土在各种受力状态下系列全曲线,。统一了空心和实心钢管混凝土的构件计算从而使钢管混凝土的研究提高到一个新阶段构件。计算公式可供设计人员参考&&∋‘&山目&、一月(∋吕,,在空钢管中放入一定量的混凝土在旋转机上高速旋转即形成中部空心的钢管混凝,。、二)。‘)。。。二,土称为空心钢管混凝土混凝土层的内外半径之比梦∗称空心率当梦+即实∋,,,。白钢管混凝土梦!即无混凝土的空钢管+−

2、岁−!时为空心钢管混凝上,,。实心钢管混凝土在国内应用已较广泛设计和应用经验较丰富成果也多,目前主要用于送变电构架,空心钢管混凝土的研究和应用较晚替代预应力钢筋混凝土,,,,,。构架耗钢量相同节约混凝土减轻自重便于运输和施工更重要的是不存在表面开裂,。、,。和钢构架相比可节约大量钢材近年来在东北华北和华东等地得到应用前途广阔,。到.+年代中期对实心和空心钢管混凝土的研究所采用的方法截然不同实心钢管混凝土考,虑钢管对核心混凝土的紧箍效应而空心钢管混凝土则按空心率大小划分为重型∃梦《&&+/%和轻型。/%1,∃岁0两种前者考虑

3、紧箍效应后者只考虑内衬混凝土保证钢管壁稳定。,。的作用这样分别提出了三种计算公式这样人为地把一个统一连续系列机械地分割开,,。来并未掌握其实质计算结果也难以谁确,,‘”。!∀..年作者对钢管混凝土的研究开始走上系列化研究的道路从理论上提高一步,,,。并得到创新的成果所得的构件计算公式理论性强概念清晰计算简便实心钢管混凝土一《火力发电厂主厂房钢混凝土组合结构设计暂行规定234∋∀一构件计算公式由原能源部》,《∀!采用空心钢管混凝土构件计算公式由东北电业管理局辽宁省电力勘测设计院送变电。线路空心钢管混凝土杆段设计技术规定324

4、∋56一∀》采用、二理论研究方法和成果以前,,不论对实心还是空心钢管混凝土的研究方法都是分别研究和计算钢管和混凝土,,。的承载力考虑变形协调和平衡条件将二者的承载力叠加以求得构件承载力各种方法只,1。有繁简不同并无本质差别还有简单地采用实验数据回归来计算构件承载力的所有这些。原因是对。都刁口寻完善钢管和核心混凝土的工作性能尚未很好掌握&国家自然科学甚金委员会资助项目。,。因此我们提出了以下的研究方法一应。首先把重点放在弄清钢管和核心混凝土在三向应力状态下的应力变本构关系上然,,。后采用有限元法计算各种受力构件的工作曲线全

5、过程从而确定构件承载力的计算公式∃一%钢材和核心混凝土的本构关系构,、,件轴心受压时钢管环向受拉纵向和径向受压核心混凝土三向受压∃实心%或由一,外壁的三向受压逐渐变化到内壁的双向受压∃空心%洲时勾件轴心受拉时钢管纵向和环向受,径1拉向受压核心混凝土双向受压∃实心%或由外壁的双向受压逐渐变化到内壁的单向受压。∃空心%一洲‘、&,,,‘钢管的三向应力以纵向应力为最大环向次之径向最小且纵向应力远大于其它二向,。7‘“‘‘/〕。应力因而其本构关系如图!所示和分别是应力强度和应变强度我们作了两点简&&。8!1化假设强化阶段为线性强

6、化久达极限强度进人破坏面后为塑性变形的水平线。。。8;=7,〔2?=;<和9段的应力应变关系为>圣∃!%:、。<89;和;段采用塑性理论日‘口。尸,<;=>;犷7∃%日=>1“““式中〔2〕以增量形式表示的钢材弹性模量矩阵或切线模量矩阵和丁分别是塑—。—性应变和塑性应变强度,通过对大量实验曲线和破坏性态的观察与分析,作三向应力状态下混凝土的本构关系。塑、者采用了塑性断裂理论来确定性断裂理论是将混凝土受载时产生的应变分为弹性变形。,塑性变形和微裂缝等三部分弹性变形按弹性理论求解塑性变形按经典的塑性理论通过加,。载面在主应力

7、空间求解而微裂缝变形则通过应变空间势函数处理由此可导得核心混凝土8在多轴压应力作用下的本构关系,·;=7>〔<∃%?;=“>∃%,。·,、、式中〔∃%〕是六个参数组成的刚度函数与钢材性能混凝土性能含钢率和空心率等有。,关根据百余个实心和不同空心率的钢管混凝土轴压短试件的试验结果进行分析回归后确,。,定诸参数所得的混凝土本构关系如图所示曲线为三向受压如纵向应力为零为双,,,,。。向受压得曲线如纵向及径向应力为零为单向受压即曲线!详见文献〔∀〕%&回心己∃了子丫#争((‘((∋闷甲矛!右‘夕∗口‘)‘∋∋一‘一‘‘

8、,己∀‘一图#钢∃%厂£,关系图&混凝土∋几关系材‘“’∃二(轴心受压短试件系列全曲线过程根,据多轴应力状态下钢材和混凝土的本构关系采用有限元法就可计算钢管混凝土轴心··#。,受压短试件的纵向应力与纵向应变全过程曲线这是一个轴对称问题采用三角形截面整个圆环为单元,≅,为钢单元其余为混凝土单。元∃图%认

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